引言 能源、环境问题是当今人类生存和发展所面

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1、引言能源、环境问题是当今人类生存和发展所面引言　　　　能源、环境问题是当今人类生存和发展所面临的关键问题。常规能源以煤、石油、天然气为主，不仅资源有限，而且会造成严重的环境污染。因此，对可再生能源的开发与利用，已受到世界各国的高度重视。“开发与利用可再生能源，改善能源结构，减排温室气体，保护环境”已成为世界共识。一场世界性的开发与利用新能源的浪潮已经到来[1]。新能源与可再生能源包括水能、太阳能、风能、地热能和海洋能等，它们在消耗之后还可以得到恢复和补充，不会污染环境。其中，人类对风能的利用已有上千年的历史。地球上可利用

2、的风能为106M高度层风能资源总量为3226GW，其中陆上可开采风能总量为253GW，加上海上风力资源，我国可利用风力资源约为1000GW。如果风力资源开发率可达到60%，仅风电一项就可支撑我国目前的全部电力需求。我国利用风电起步较晚，和世界上风电发达国家如德国、美国、西班牙等相比还有很大差距。风电是20世纪80年代开始迅速发展起来的，初期研制的风机主要是1kW、10kW、55kW、220kW等小型风电机组，后期开始研发可充电型风电机组，并在海岛和风场广泛应用。至今，我国已经在河北张家口、内蒙古、山东荣城、辽宁营口、黑龙

3、江富锦、新疆达坂城、广东南澳和海南等地建成了多个大型风电场，并且计划在江苏南通、灌云及盐城等地兴建GW级风电场[5]。　　截止2007年底，我国风机装机总量已达6.05GW，年发电量占全国发电量的0.8%左右，比2000年风电发电量增加近10倍。2012年一年新增风电装机容量625万千瓦，比过去20年累计的总量还多，新增装机增长率约为89%。累计风电装机容量约1215万千瓦，占全国装机总量的1.5%，累计装机增长率为106%。风电装机主要分布在24个省，比2007年增加了重庆、云南和江西三个省。2006至2012年风电增

4、长状况。　　中国政府为了推动并网风电的商业化发展，国家发改委明确提出我国风电发展的规划目标：2005年全国风电装机总量达到100万千瓦，2012年全国风电装机总量达到400万千瓦，2015年全国风电装机总量达到1000万千瓦，2020年全国风电装机总量达到2000万千瓦，占全国总装机容量的2%左右。可以预计，中国即将成为世界风电发展令人瞩目的国家之一。　　　　2风力发电机的研究现状　　　　发电机是风电系统实现风能转换的核心部件之一，是将原动力与输出电能相连接的工具，它不仅直接影响到输出电能的质量和效率，也影响到整个风电转

5、换系统的性能和装置的结构。风力发电机按风轮主轴的方向可分为水平轴和垂直轴风机；按风向可分为上风向和下风向风机；按偏航形式可分为被动偏航与主动偏航风机；按风轮桨叶可分为定浆距和变浆距风机；按传动方式可分为有齿轮箱传动和直驱型风机；按发电机型式可分为笼式异步发电机、双馈异步发电机和永磁型同步发电机[6]。目前，用于风电系统中的发电机主要有以下几种[7-8]：　　　　（1）异步发电机　　异步风力发电机以恒速运行，采取失速调节或主动失速调节，主要采用异步感应电机。发电机通常直接联入电网，当容量过大时也可以通过晶闸管控制的软投入法

6、接入电网。在同步转速附近合闸并网，冲击电流比较大，另外需要电容无功补偿；变速运行时，定子侧变频器的容量与发电机容量相当，约为发电机容量的125%。这种机型比较普遍，各大风力发电机制造商如VestasBonous，NEGMicon，Fuhrlander，Nordex都有此类产品。　　　　（2）双馈发电机　　为了降低发电系统中变换器的功率，双馈发电机开始应用于风力发电系统中。双馈发电机起源于绕线式转子异步发电机，是一种通过对转差率的控制，来实现双馈调速发电机，故所需变换器的功率较小。相对于绕线式发电机来说，双馈发电机的转子能

7、量没有被消耗掉，而是通过变换器在发电机转子与电网之间双向流通，变换器起到提供无功补偿，平滑并网电流的作用。但它是一种有刷结构的电机，运行可靠性差，需要经常维护，而且这种结构的电机不适合在环境比较恶劣的风电系统中运行。无刷双馈电机的出现弥补了原双馈电机的不足，其定子上有两套极数不同的绕组，分别为控制绕组和功率绕组。发电机的定子绕组直接与电网相连，转子与功率变换器相连，变换器的另一端与电网相连，通过特殊的控制方式，该发电机可实现发电机有功功率和无功功率的独立控制。　　（2）复合励磁永磁同步发电机　　复合励磁永磁同步发电机采用

8、稀土永磁和辅助电励磁相结合励磁结构，同时具有稀土永磁发电机和电励磁发电机的优点，解决了稀土永磁发电机的调压难题。湖南大学研究的具有高效率的兆瓦级自调压永磁风力发电装置中采用了复合励磁稀土永磁同步发电机，简化了发电系统结构，提高了系统的可靠性[8]。　　（3）高压发电机　　高压发电机是在发电机定子线圈的上采用一整条高压